多图教你搞懂TCP
传输控制协议 (TCP) 是一种传输协议，用于在 IP 之上确保数据包的可靠传输。
TCP包含的机制可以解决基于数据包的消息传递引起的许多问题，例如数据包丢失、数据包乱序、重复的数据包和数据包损坏。
由于TCP是最常用于IP之上的协议，因此Internet协议栈有时也称为TCP/IP。
数据包格式
使用 TCP/IP 发送数据包时，每个 IP 数据包的数据部分都被格式化为 TCP 段。
TCP 头与 UDP 头共享一些字段：源端口号、目标端口号和校验和。
下面，我们简单的描述下整个数据包的传输过程
步骤一：建立连接
当两台计算机想要通过 TCP 相互发送数据时，它们首先需要使用三向握手建立连接。
- 客户端想与服务器建立连接，所以它发送一个带有 SYN（同步序列号）的段，通知服务器客户端可能开始通信以及它以什么序列号开始
- 服务端通过设置 SYN-ACK 信号位来响应客户端请求。Acknowledgement(ACK) 表示它收到的段的响应，SYN 表示它可能以什么序列号开始
当服务器收到来自客户端节点的 SYN 数据包时，它会做出响应并返回一个确认收据——ACK（确认序列号）数据包或 SYN/ACK 数据包。该数据包包括两个序列号。第一个是 ACK，它由服务器设置为比它从客户端收到的序列号（例如 X+1）多一个。第二个是服务器发送的SYN，是另一个随机序列号（例如Y）。这个序列表明服务器正确地确认了客户端的数据包，并且正在发送自己的数据包以进行确认。
- 在最后一部分客户端确认服务器的响应，他们都建立了一个可靠的连接，他们将开始实际的数据传输 步骤 1、2 为一个方向建立连接参数（序列号）并确认。步骤 2、3 为另一个方向建立连接参数（序列号）并得到确认。有了这些，就建立了全双工通信。
客户端节点接收来自服务器的 SYN/ACK 并以 ACK 数据包进行响应。再一次，每一方都必须通过将收到的序列号加一来确认收到的序列号。所以现在轮到客户端通过将序列号加一（在本例中为 Y+1）来确认服务器的数据包，并将其重新发送到服务器。完成此过程后，将创建连接并且主机和服务器可以进行通信。所有这些步骤都是验证双方发起的序列号所必需的，保证连接的稳定性。由于两台主机都必须确认对方的连接参数，因此在启动实际数据传输过程之前，可以快速检测到丢失或乱序的段。
发送数据包
由于TCP是可靠的传输协议，因此，当数据包通过 TCP 发送时，接收者必须始终确认他们收到的内容。
序列号和确认号是 TCP 标头的一部分：
断开连接
当它们不再想要发送或接收数据时，任何一台计算机都可以关闭连接。
- 假设客户端应用程序决定要关闭连接。(注意服务器也可以选择关闭连接)。这会导致客户端向服务器发送一个 FIN 位设置为 1 的 TCP 段并进入 FIN_WAIT_1 状态。在 FIN_WAIT_1 状态下，客户端等待来自服务器的 TCP 段和确认 (ACK)。
- 当服务器收到来自发送方（客户端）的 FIN 位段时，服务器立即向发送方（客户端）发送确认（ACK）段。
- 在 FIN_WAIT_1 状态下，客户端等待来自服务器的 TCP 段并确认。当它接收到这个段时，客户端进入 FIN_WAIT_2 状态。当处于 FIN_WAIT_2 状态时，客户端等待来自服务器的另一个段，其中 FIN 位设置为 1。
- 在服务器发送 ACK 段一段时间后（因为服务器中的一些关闭过程），服务器将 FIN 位段发送给发送方（客户端）。
- 当 Client 收到 Server 的 FIN 位段时，Client 确认 Server 的段并进入 TIME_WAIT 状态。TIME_WAIT 状态让客户端在 ACK 丢失的情况下重新发送最终确认。TIME_WAIT 状态客户端花费的时间取决于它们的实现，但它们的典型值是 30 秒、1 分钟和 2 分钟。等待之后，连接正式关闭，客户端的所有资源（包括端口号和缓冲区数据）都被释放。
下图说明了服务器端和客户端访问的一系列状态，假设客户端开始断开连接。在这两个状态转换图中，我们只展示了如何正常建立 TCP 连接和 关闭。
下图为客户端角度来分析，各个阶段的状态：
总结
TCP/IP在日常工作中接触很频繁，只是通常我们不留意罢了，比如当我们打开浏览器输入网址并敲回车的一刹那，浏览器帮我们做了很多工作，比如DNS解析，建立TCP连接，传输数据，网页渲染，关闭连接等等。
后续，笔者会从一个后端开发的角度，去向大家讲解TCP相关知识，比如滑动窗口，拥塞避免等等。
在本文的最后，放一张TCP的状态转换图，相信很多人也都见过，还是很有毕业进行保存。
